Realidade Aumentada com Dados Científicos em Dispositivos Móveis

José Nunes Pedrosa, Maria Beatriz Carmo, Ana Paula Cláudio, Ana Paula Afonso, António Ferreira, Paula Redweik, Cristina Catita

Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa Campo Grande, 1749-016 Lisboa

fc37417@alunos.fc.ul.pt, {bc,apc,apa,asfe}@di.fc.ul.pt,

{predweik,cmcatita}@fc.ul.pt

Sumário A Realidade Aumentada (RA) tem vindo a atingir grandes desenvolvimentos aplicacionais na última década, em parte devido à expansão da indústria de dispositivos móveis e ao bom compromisso que apresentam entre a por-tabilidade, capacidade de processamento, e recursos de entrada e saída de dados. Neste artigo descrevemos a extensão de uma biblioteca para a plataforma Android que permite visualizar dados científicos em RA, com base na qual desenvolvemos uma aplicação para tablets que mostra níveis de radiação solar sobre edifícios. Os da-dos são projetados em tempo real com diferentes modos de visualização, como superfícies ou glifos, e com a possibilidade de serem exibidas transições animadas que facilitam comparações entre dados relacionados. São sucintamente expostos os desafios e opções tomadas no desenvolvimento da biblioteca.

Palavras-chave Realidade aumentada, visualização, dados científicos, computação móvel.

1. INTRODUÇÃO Uma aplicação de Realidade Aumentada (RA) recorre a imagens captadas do mundo real para a estas sobrepor representações virtuais que proporcionam ao utilizador informação adicional relativa ao seu contexto. No entan-to, a quantidade de aplicações com uma utilidade prática tem sido em número reduzido até há pouco tempo, em parte devido às anteriores limitações tecnológicas e por outro lado devido aos elevados requisitos de software e hardware que estas requerem, especialmente no contexto móvel [Kim12].

Recentemente, com a massificação dos tablets, abriram-se novas possibilidades ao desenvolvimento de aplica-ções de RA. Estes dispositivos móveis possuem um ecrã de dimensões mais generosas, que permitem uma melhor visibilidade e leitura de informação sem penalizar dema-siado a portabilidade. Adicionalmente, possuem os mes-mos sensores que outros tipos de dispositivos móveis, tais como acelerómetro, giroscópio, bússola, localização por GPS, conectividades 3G, Wi-Fi ou Bluetooth, e uma ou mais câmaras fotográficas de alta resolução. O de-sempenho e poder de processamento destes dispositivos tem vindo a aumentar, sendo já bastante comum encon-trar chipsets com dois ou quatro núcleos com elevadas frequências de relógio, que apesar de tudo são otimizados para um (relativamente) baixo consumo de bateria. A capacidade destes dispositivos, combinada com os pro-gressivos avanços e maturidade dos sistemas de realidade aumentada, permite o desenvolvimento de diversas apli-

cações de grande utilidade nas áreas da ciência, saúde, engenharia ou entretenimento.

O objetivo deste trabalho foi a extensão de uma bibliote-ca para a construção de aplicações de visualização de dados científicos em RA, dirigidas a dispositivos móveis com o sistema operativo Android, e de uma aplicação, recorrendo a essa biblioteca, para a consulta de informa-ção de exposição solar sobre edifícios.

Os dados para a aplicação foram fornecidos pelo Depar-tamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia (DEGGE) da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL) e consistem nos níveis de radiação solar anual dos edifícios do campus da FCUL, pelo que são valores escalares associados a localizações espaciais. A aplicação utiliza informação de geolocalização e orienta-ção, bem como imagens captadas pela câmara, para pro-jetar em tempo real esses mesmos dados sobre a imagem do(s) edifício(s). Recorre ainda a diversos modos de vi-sualização de dados para consultar a informação. Os me-canismos para conseguir o alinhamento dos dados com o cenário recorrem aos sensores do aparelho.

Na secção 2 apresentamos o trabalho relacionado com o descrito neste artigo. Na secção 3 descrevemos mais de-talhadamente a extensão da biblioteca, indicando as op-ções de desenho e as funcionalidades implementadas. Na secção 4 apresentamos a aplicação desenvolvida para a visualização de dados sobre radiação solar, a qual utiliza os recursos da biblioteca e descrevemos a interface com o utilizador e as opções de visualização disponíveis. Na

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secção 5 apresentamos as principais conclusões e suge-rimos melhoramentos futuros.

2. TRABALHO RELACIONADO Uma das principais problemáticas da RA é como alinhar as representações virtuais com a imagem real sem recor-rer a marcas fiduciais e independentemente do objeto de estudo. Em [Honkamaa07] procurou-se implementar um sistema capaz de ser executado em tempo real em dispo-sitivos móveis de tipo mini-PC. Recorrendo à leitura de valores do acelerómetro, consegue-se gerar uma estima-tiva do movimento da câmara do utilizador à medida que este se desloca em torno da cena. Para o posicionamento e alinhamento do objeto tridimensional com a cena, fo-ram consideradas duas abordagens: a semiautomática e a automática . A abordagem semiautomática estabelece que é o utilizador a indicar manualmente a posição do objeto (em particular a distância e a orientação), o que pode ser realizado, por exemplo, através de interação táctil. Poste-riormente a aplicação mantém a visualização alinhada através de estimativas de deslocação da câmara. Na abor-dagem automática, utiliza-se o GPS do aparelho móvel em conjunção com a informação geográfica recolhida do Google Earth para realizar o cálculo da posição do objeto a visualizar. O carregamento do mesmo é feito direta-mente a partir de um ficheiro KML, permitindo obter de uma só vez a informação geográfica e geométrica do mo-delo do edifício a apresentar. Estas duas abordagens de alinhamento foram adotadas no nosso trabalho.

São também de particular relevância estudos em espaços urbanos, uma vez que os dados do nosso trabalho são aplicados a edifícios. Em [Hakkarainen09], o trabalho acima referido é expandido no sentido de tornar a aplica-ção mais modular e reutilizável, abordando ainda a ques-tão do carregamento e armazenamento de dados e da implementação de transições animadas. Neste, o objetivo foi desenvolver uma aplicação para auxiliar em trabalhos de construção civil e edificação no âmbito de um projeto designado Augmented Reality for Building and Construc-tion (AR4BC). Procurou-se uma implementação que per-mitisse a visualização do local de construção, bem como a sua evolução ao longo do tempo. Devido ao elevado nível de rigor exigido, recorreu-se a técnicas de localiza-ção mais precisas como bússola eletrónica e sensores de inércia. Foi desenhado um novo sistema de visualização, baseado numa arquitetura cliente-servidor, em que ambos os componentes podem ser executados na mesma máqui-na (se esta possuir capacidades de hardware para tal), ou separadamente em duas máquinas. Neste caso a informa-ção de localização e orientação é enviada do cliente para o servidor, que por sua vez calcula a imagem resultante e a devolve ao cliente para ser apresentada. Os algoritmos usados para o alinhamento são importados de uma biblio-teca de RA designada ALVAR (A Library for Virtual and Augmented Reality). Esta biblioteca foi estendida na ten-tativa de otimizar o seu funcionamento em dispositivos móveis e encontra-se documentada com maior detalhe em [Woodward11]. Um projeto semelhante é apresentado em [Gimeno10], que procura adicionar uma componente de RA aos tradicionais sistemas de CAD, sendo nesse

caso utilizada uma câmara acoplada a uma grua durante a fase de construção.

Um outro projeto, o SiteLens [White09], centra-se no desenvolvimento de uma plataforma e conjunto de técni-cas que permitem a chamada situated visualisation, isto é, a visualização de dados relevantes contextualizados num espaço físico. O objetivo é auxiliar nas tarefas de planeamento urbano, em que tipicamente são necessárias visitas ao local para averiguar os níveis de tráfego auto-móvel, vegetação, ou densidade populacional. O SiteLens dá ao utilizador a capacidade de analisar dados no local, tais como a saúde dos moradores ou as condições do ar. O mecanismo suporta visualização em dispositivos fixos, móveis ou mesmo head-mounted-displays. Recorre-se à conversão de dados no formato KML, permitindo a inte-roperabilidade com o Google Earth e o Google Maps. A informação que não tiver uma associação espacial é afi-xada num canto do ecrã, enquanto a restante informação é sobreposta dinamicamente à vista principal. No Site-Lens foram também desenvolvidas experiências com íco-nes naturais (exemplo: nuvens de fumo negras para representar a densidade de CO). Existe ainda a opção de “congelar” (ou “trancar”) a imagem, interrompendo a visualização de tempo real para uma melhor consulta da informação, e fazer um zoom semântico sobre cada ponto de dados. Estas duas soluções revelaram-se bastante úteis e intuitivas em testes com utilizadores. A opção de “tran-car” a imagem foi também adotada no nosso trabalho.

Em [Heuveline11] é apresentado um projeto que procura resolver a questão de como selecionar os dados pretendi-dos de um grande volume de dados, bem como gerar uma visualização que realize uma filtragem inteligente da in-formação percetível ao utilizador. Neste caso, é utilizado um modelo virtual tridimensional de várias ruas e edifí-cios a analisar, cuja informação geométrica é tida em conta ao fazer a modelação dos dados (nesse caso, cor-rentes de ar). O processamento dos dados e geração de imagens são realizados em servidores remotos de alto desempenho, recorrendo em parte à biblioteca VTK e ao software ParaView. As imagens resultantes são enviadas para o cliente, prontas a ver no local, incluindo já a oclu-são causada pelos edifícios. Para minimizar os custos de processamento, bem como a latência e consumo da rede na transmissão de dados, a visualização no dispositivo móvel aplica uma técnica detalhada em [Helfrich-Schkarbanenko12], que recorre à criação de imagens com diferentes perspetivas baseadas na posição e orientação da câmara. Assim, para cada posição do utilizador, é re-cebido um pacote de imagens pré-calculadas que são apresentadas conforme o deslocamento da câmara e o ângulo de visão. Dados os objetivos específicos do nosso trabalho, incluindo o facto de no estado atual de desen-volvimento apenas produzir a visualização dos dados sobre um edifício, optámos por uma abordagem mais simples, em que todo o processamento é feito no cliente.

Realizámos também uma pesquisa de plataformas de RA para Android cujas funcionalidades fossem ao encontro das necessidades do nosso trabalho, nomeadamente o alinhamento baseado em localização (sem marcas fiduci-

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ais) com suporte para gráficos tridimensionais e o fácil acesso e modificação do código-fonte.

Algumas das plataformas consideradas foram o Wikitu-de, Metaio e Layar, que suportam georreferenciação e reconhecimento de imagem (ou marcas fiduciais), mas que são de código fechado e focados em pontos de inte-resse, em que o suporte de gráficos 3D resume-se à im-portação de modelos estáticos a representar sobre esses pontos [WDK, MC, LDK]. Dados os objetivos do traba-lho, o recurso a estas plataformas não foi considerada viável. Outras alternativas de código aberto analisadas foram o Mixare, que se baseia exclusivamente na georre-ferenciação de pontos de interesse [Mixare], e o AndAR, que recorre ao OpenGL ES para carregamento de mode-los 3D, mas que possui apenas alinhamento baseado em marcas fiduciais [AndAR]. Assim, optámos por recorrer à biblioteca, RUBI [SilvaP11b, Montez12], que temos vindo a desenvolver, realizando as extensões necessárias para a visualização de dados científicos cumprindo as funcionalidades acima referidas.

A RUBI é uma biblioteca de visualização de dados em RA para o sistema operativo Android [SilvaP11a]. Esta permite a recolha e pré-visualização de imagens por meio da câmara de vídeo e ainda a localização por meio de GPS, e a orientação através da bússola e acelerómetro. Realiza também o carregamento de dados remotos em formato JSON. Esta biblioteca foi estendida [Montez12], passando a permitir o ajuste da visibilidade de símbolos em função da imagem de fundo. Esta versão estendida da biblioteca RUBI serviu de base à Rubi Glare (GL Aug-mented REality), que se apresenta na secção seguinte.

3. BIBLIOTECA RUBI GLARE 3.1 Motivação e Desafios Os requisitos essenciais que um sistema de RA procura atingir são interatividade, fidelidade, escalabilidade e robustez [Luo11]. A representação virtual deve correr em tempo real, e idealmente sem grandes restrições quanto à quantidade e qualidade dos dados apresentados, bem co-mo ser tolerante a distúrbios na leitura de dados que pos-sam ser causados por fatores externos. Também é necessário ter em conta, para dispositivos móveis, a di-versidade de arquiteturas-alvo, capacidades do hardware limitadas em comparação com desktops e laptops, e re-quisitos de poupança de energia.

A biblioteca RUBI já possuía capacidades de combinação de imagens da câmara com símbolos virtuais, leitura de dados GPS e de acelerómetro [SilvaP11a, Montez12]. No entanto, ainda não possuía mecanismos para desenhar gráficos 3D e os apresentar sobre a imagem, nem módu-los para visualização de dados científicos. Um dos desa-fios deste trabalho consistiu em desenhar e concretizar esses módulos, tendo já em mente o desenvolvimento de uma aplicação para visualizar dados de radiação solar sobre edifícios.

Outro desafio foi a otimização da biblioteca para permitir que a visualização de gráficos 3D executasse em tempo real. Atendendo ao tipo de aplicação a desenvolver, re-corremos a um tablet, pois possui um ecrã com maiores dimensões que um smartphone. Neste caso o dispositivo

foi um Asus TF300T com o sistema operativo Android 4.2 Jelly Bean, com um ecrã LCD de 10 polegadas, 16 milhões de cores e 1280x800 pixels de resolução, e um chipset Nvidia Tegra 3 quad-core de 1.3 GHz.

3.2 Arquitetura Modular A integração de capacidades de RA em dispositivos mó-veis adota uma estrutura modular. A informação obtida através dos sensores de orientação (bússola, acelerómetro e giroscópio) e de localização (GPS) do aparelho permite que à captação da imagem seja associada uma posição com 6 graus de liberdade (translação e rotação segundo um sistema de coordenadas com 3 eixos). A biblioteca RUBI Glare tem um módulo de input/output que lê dados da memória do dispositivo ou de um servidor remoto e que os passa para o motor de gráficos, que os representa-rá no ecrã. Os gráficos tridimensionais são assim combi-nados com as imagens da câmara em tempo real.

Figura 1: Módulos da biblioteca RUBI Glare.

Para o desenvolvimento do motor de gráficos considerá-mos inicialmente o VTK (Visualization Toolkit), por este estar otimizado para a leitura e processamento de dados científicos e por já termos experiência anterior de utiliza-ção. O VTK é baseado em OpenGL e implementado na linguagem C++, mas não é compatível com o Android, pois este suporta apenas um subconjunto das funcionali-dades correspondentes à especificação OpenGL ES. Esta incompatibilidade do VTK, e de outras bibliotecas seme-lhantes do nosso conhecimento, com o Android levou à necessidade de desenvolvermos de raiz um módulo capaz de gerar visualizações tridimensionais de dados. O resul-tado desse trabalho foi uma extensão da biblioteca RUBI, designada RUBI Glare (GL Augmented REality). A Figu-ra 1 mostra uma vista de alto nível da estrutura de módu-los da biblioteca, identificando também alguns fluxos de dados entre estes.

3.3 Representações Gráficas Começámos por desenvolver um algoritmo que permitis-se gerar primitivas geométricas em OpenGL ES, tais co-mo triângulos e quadrados. De seguida criámos código para gerar representações baseadas em glifos e superfí-cies coloridas.

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Para a representação de glifos, jogámos com a capacida-de de gerar primitivas geométricas para desenvolver um modo de visualização que utiliza ícones em forma de cubos, que podem ser individualmente posicionados e coloridos. Em cada ponto onde se conhecem valores da variável a observar é desenhado um cubo centrado nessa posição.

Numa fase seguinte, desenvolvemos um algoritmo para a construção de superfícies coloridas (que podem ou não ser planas), constituídas por uma malha de polígonos cujos vértices podem ser coloridos individualmente atra-vés do ajuste de parâmetros RGBA. O resultado é a cria-ção de uma superfície colorida com transparência ajustável e que faz a interpolação automática de cores por meio de vertex shading graças à biblioteca OpenGL ES do Android. O algoritmo parte da estrutura de pontos de cada grelha regular e constrói um vetor de vértices com as coordenadas (X,Y,Z) de cada ponto, um segundo vetor de cores com a informação RGBA para cada ponto e um terceiro vetor com a ordem (índice) de desenho de cada ponto. Estes três vetores são carregados para a memória gráfica do dispositivo para gerar uma superfície colorida. Note-se que embora a topologia e a proporção (largura e altura) de cada superfície devam ser regulares, a quanti-dade de pontos e a geometria podem ser arbitrárias.

Adicionalmente, é possível aplicar uma deformação na superfície gerada. Isto é realizado calculando a orientação do vetor normal à superfície e aplicando uma translação em cada ponto segundo esse vetor, que é multiplicada pelo valor da variável que está a ser representada e um fator de escala ajustável.

3.4 Alinhamento O alinhamento das representações gráficas geradas pelo renderer do OpenGL ES com a imagem captada pela câmara baseia-se na posição e orientação do observador. A biblioteca RUBI permite-nos aceder a estes valores através dos sensores do tablet. O GPS permite obter em tempo real a latitude e longitude do observador, enquanto a bússola digital (baseada no acelerómetro e magnetóme-tro) fornece a orientação/rotação do dispositivo. Final-mente, com a ajuda do acelerómetro, é possível também calcular a inclinação vertical do mesmo. Uma vez que as características do acelerómetro e da bússola variam ligei-ramente entre dispositivos, houve necessidade de fazer ajustes no código da biblioteca de modo a melhorar a qualidade dos dados obtidos pelos sensores. Apesar de tudo, no caso da bússola digital esta revelou-se muito suscetível a falhas e a interferências de campos magnéti-cos gerados por outros dispositivos eletrónicos. Não foi possível averiguar com clareza se isto se deveu a um de-feito em particular do Asus TF300T, ou se é generaliza-do. A imprecisão da bússola levou à necessidade de acrescentar mecanismos de alinhamento manual.

4. APLICAÇÃO PARA VISUALIZAÇÃO DE NÍVEIS DE RADIAÇÃO SOLAR 4.1 Pré-Processamento dos Dados Os dados utilizados pela aplicação consistem em valores de radiação solar sobre o edifício C6 da FCUL, nomea-damente a radiação solar direta, difusa e global, medidas

em KWh/m2, bem como o número de horas de sombra anuais. Os valores de radiação estão dispostos numa gre-lha de pontos regular, georreferenciados através da latitu-de, longitude e altitude de cada ponto. As coordenadas de cada ponto encontravam-se originalmente no sistema cartográfico ETRS89-TM06/PT, as quais tiveram que ser convertidas para coordenadas geográficas no datum WGS84, de modo a serem compatíveis com o referencial usado pelo GPS do tablet. Cada ponto é identificado por um código numérico único que identifica a fachada do edifício a que pertence.

O pré-processamento dos dados inclui também a remoção de outliers através da análise da topologia de cada grelha de pontos para identificação e correção de irregularida-des, por forma a gerar um ficheiro de dados com grelhas de topologia regular e formatado de acordo com o módu-lo de gestão de dados da nossa aplicação. Uma parte des-te pré-processamento teve de ser manual.

O módulo de gestão de dados abre o ficheiro resultante do pré-processamento para leitura (neste momento em formato CSV) e carrega, linha a linha, a informação de cada ponto para memória. O ficheiro de dados possui os pontos agrupados por fachada do edifício e ordenados por coluna, de forma a otimizar o restante processo de gera-ção dos gráficos.

4.2 Interface e Funcionalidades A interface gráfica da aplicação foi desenhada de modo a ser simples e rápida de utilizar, permitindo um acesso intuitivo e direto às funcionalidades disponibilizadas ao utilizador. Seguimos os padrões de desenho estabelecidos para o sistema operativo Android [ADP], tendo em conta esta ser uma aplicação de RA para ser usada em ambien-tes exteriores, com tablets (Figura 2).

Figura 2: Interface com o utilizador, com a vista de

RA em execução.

Respeitando as normas Android, na parte superior do ecrã encontra-se a barra de ações (Figura 2a) que dá aces-so aos diferentes menus e funções da aplicação que estão disponíveis: abrir ficheiro de dados, trancar/destrancar vista, abrir controlos da transição animada de dados e

(a) (b)

(c) (d)(e)

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aceder às opções de configuração. À esquerda desta en-contra-se a barra de estado do GPS (Figura 2b) com in-formação se o GPS está ou não em funcionamento, a latitude, longitude, altitude, e margem de erro obtidas pelo mesmo. O indicador da bússola (Figura 2c) encon-tra-se centrado na parte inferior da interface. A legenda (Figura 2d), ou legendas, são desenhadas à direita da bús-sola e o menu de controlo da transição animada de dados (quando esta é invocada) situa-se à esquerda da bússola (Figura 2e). O posicionamento destes itens foi pensado para minimizar a sobreposição dos mesmos com a visua-lização do edifício.

Existe ainda um navegador de ficheiros para selecionar o ficheiro a abrir, e um menu de opções de rápido acesso desenhado para tablets, onde todos os parâmetros de con-figuração da visualização podem ser ajustados, bem co-mo as configurações adicionais da aplicação.

4.2.1 Modos de visualização

Figura 3: Exemplo dos quatro modos de visualização, aplicados sobre a mesma face do edifício.

A aplicação possui quatro modos de visualização, como ilustra a Figura 3. Os dois modos principais, superfícies coloridas e glifos coloridos, permitem a visualização de dados de uma só variável, enquanto os outros dois mo-dos, superfícies com glifos e superfícies coloridas com deformação, permitem visualizar em simultâneo duas variáveis ou a mesma variável com duas representações distintas.

• Superfícies coloridas – Os dados são projetados segundo malhas poligonais criadas a partir de grelhas com topologia regular. Uma cor é atribuída a cada valor e existe interpolação de cor entre pontos, resul-tando numa superfície compacta com um efeito con-tínuo de gradação de cores. É possível escolher a variável e a escala de cores associada à visualização (Figura 3a).

• Glifos coloridos – Sobre cada posição do espaço de dados é desenhado um glifo, em forma de cubo, po-sicionado e colorido individualmente (Figura 3b). O volume destes cubos pode ser aumentado até se tor-narem adjacentes, gerando uma superfície de mosai-cos coloridos, ou diminuído de forma a distinguir cubos e posições individuais, com espaçamento entre si. Na sua dimensão mínima permite visualizar os dados como nuvens de pontos (Figura 4). Tal como no caso anterior, é possível escolher a variável e a escala de cores associada à visualização

• Superfícies com glifos – As visualizações de super-fícies e glifos podem ser combinadas de forma a

mostrar duas variáveis em simultâneo (Figura 3c). A variável e escala de cores para cada tipo de visuali-zação podem ser selecionadas independentemente, sendo os glifos sobrepostos às superfícies coloridas.

• Superfícies coloridas com deformação – A visuali-zação de superfícies coloridas pode ser complemen-tada com a aplicação de uma deformação, de acordo com uma variável de dados especificada pelo utiliza-dor (Figura 3d). A deformação consiste em deslocar os pontos da malha poligonal segundo um vetor normal à superfície e que aponta para o semi-espaço onde se encontra o utilizador. É possível também ajustar a intensidade da deformação, sendo que esta já sofre um ajuste automático conforme a variável selecionada. Devido à dificuldade na perceção do re-levo das superfícies, este modo requer ainda melho-ramentos para ser eficaz no contexto da realidade aumentada.

Figura 4: Comparação da visualização de glifos em

diferentes dimensões.

4.2.2 Opções adicionais Para cada modo de visualização é possível selecionar a escala de cor a associar à variável em estudo. Para cada escala de cor, existe também uma escala inversa, conside-rando que alguns dos valores relativos aos dados são re-ferentes à quantidade de sombra em vez da radiação solar. As escalas de cores existentes são baseadas em [SilvaS11], e escolhidas pela sua utilidade na análise de radiação solar. Estas são apresentadas na Figura 5.

Figura 5: Escalas de cor utilizadas na aplicação.

Adicionalmente, é possível ajustar os níveis de opacidade dos gráficos. No contexto da RA, esta opção é muito im-portante, uma vez que deve existir um balanço entre a visibilidade dos dados e a visibilidade do edifício sobre o qual estes são projetados. Dependendo das condições do ambiente exterior, e das características da visualização, o nível de opacidade adequado pode variar, e assim, acres-centou-se a opção para o ajustar.

Outra funcionalidade oferecida é a opção de desligar ou ligar a oclusão que controla se um gráfico mais à frente oculta ou não outro mais atrás. O ajuste da opacidade e da oclusão são essenciais para a usabilidade da aplicação de RA, permitindo ao utilizador enquadrar mais facil-mente a visualização de dados sobre o contexto do espa-ço físico em que este se encontra (Figura 6).

(a) (b) (c) (d)

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Figura 6: Dados sobrepostos à imagem da câmara,

com transparência a 50% e oclusão ativada. Relativamente ao alinhamento dos gráficos com a ima-gem da câmara, existem também opções disponíveis ao utilizador, cuja principal utilidade é colmatar as limita-ções do hardware. Assim, adicionámos um modo de ajuste manual dos gráficos, semelhante ao mecanismo utilizado em [Honkamaa07], que permite retificar a posi-ção destes arrastando-os com o dedo sobre o ecrã táctil. Esta funcionalidade é essencial em situações em que a bússola digital não funciona corretamente devido a inter-ferência eletromagnética ou pelo facto de não estar cali-brada. A sensibilidade e o sentido do arrastamento podem também ser ajustados.

Uma vez que a medição de altitude através do GPS é demasiado imprecisa, a aplicação utiliza uma altitude fixa que pode ser ajustada pelo utilizador.

Também desenvolvemos um modo de “trancar” a vista de RA, inspirado na solução apresentada em [White09]. Através de um botão é possível “congelar” totalmente a imagem apresentada pelo aparelho (quer a vista da câma-ra, quer os gráficos 3D) para mais confortavelmente con-sultar a informação sem a necessidade de apontar o aparelho constantemente na direção pretendida.

4.2.3 Transição animada de dados Um dos objetivos a que nos propusemos foi a possibili-dade de gerar transições animadas que facilitam compa-rações entre dados relacionados. Para tal implementámos um modo de animação que pode ser iniciado e parado pelo utilizador, e que altera em tempo real os parâmetros de visualização a serem apresentados (funcionando mes-mo que a vista esteja “trancada”). O utilizador pode ainda selecionar a sequência de variáveis a apresentar, e a velo-cidade da transição.

Esta funcionalidade irá ser estendida para animações da mesma variável ao longo do tempo, mas uma vez que os dados fornecidos não possuem informação temporal as-sociada, fizemos a demonstração de conceito com a tran-sição entre diferentes variáveis. As variáveis a incluir na animação, bem como o intervalo de transição, podem ser ajustadas pelo utilizador.

Ao invocar o menu de controlo da animação (através da barra de ações) este passa a ocupar o canto inferior es-querdo do ecrã. O botão do lado esquerdo permite iniciar e parar a animação (Figura 7a). A barra de progresso si-tua-se na parte inferior e funciona de forma semelhante à de um leitor de vídeo, podendo ser arrastada com o dedo para saltar para qualquer momento da animação (Figura 7b). Do lado direito encontra-se a legenda que indica a

instância da animação em curso (por exemplo, a variável ou instante de tempo atuais). A disposição destes itens impede que qualquer informação fique obstruída pelas mãos ou dedos do utilizador enquanto este interage com a aplicação.

Figura 7: Menu de controlo da transição animada.

5. CONCLUSÕES E TRABALHO FUTURO Apresenta-se neste artigo o trabalho decorrente da exten-são de uma biblioteca para visualização em RA, aplican-do técnicas de visualização de dados científicos. Desenvolvemos um motor gráfico capaz de gerar diferen-tes modos de visualização, representando uma ou duas variáveis em simultâneo e com execução em tempo real. A biblioteca foi construída de forma modular podendo ser estendida com novas funcionalidades. A capacidade de realizar transições animadas sobre os dados está tam-bém implementada, suportando, no futuro, a análise da evolução temporal dos mesmos. Como caso de estudo, foi desenvolvida uma aplicação para visualização de da-dos sobre a radiação solar relativa a um dos edifícios do campus da FCUL.

Uma das limitações com que nos deparámos foi a falta de precisão dos mecanismos de geolocalização e orientação para conseguir o alinhamento rigoroso dos gráficos com a imagem real de fundo, forçando o uso de opções de ajus-te manual. Estão em curso testes com utilizadores para recolher opiniões acerca da usabilidade das funcionalida-des já implementadas, e posteriormente fazer melhora-mentos à aplicação.

Como trabalho futuro pretendemos melhorar e estender a aplicação, otimizando o mecanismo de carregamento de dados e modificando o código atual para obter melhor desempenho gráfico. Procuramos também aperfeiçoar a aplicação no sentido desta apoiar a instalação e posicio-namento de equipamentos de captação de energia solar. Algumas funcionalidades novas, como o registo de snapshots e animações para posterior análise, deverão de igual modo ser incluídas no futuro. Pretende-se ainda a adição de mais formas de filtragem da informação que permitam uma análise mais minuciosa, e a possibilidade de carregamento ou processamento de dados remotos.

6. AGRADECIMENTOS Agradecemos à FCT (Fundação para a Ciência e a Tec-nologia) e ao LabMAg (Laboratório de Modelação de Agentes) o apoio financeiro concedido ao bolseiro José Nunes Pedrosa, ao abrigo do projeto estratégico PEst--OE/EEI/UI0434/2011.

(a) (c)

(b)

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7. REFERÊNCIAS [ADP] Android Design Patterns (acedido em 6-9-2013). <http://developer.android.com/design/patterns

/index.html>

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